Путешествие в страну РАИ

Он был явно не в духе. Наши рассказы на время увлекли его, но потом он заскучал:

— Удивительно вы черствый народ, химики-физики! Всё атомы да изотопы. Хоть бы кто из вас о стихах заговорил. Ваши споры, может, и интересно слушать, только романтика где? Трогают ум, но не волнуют сердца.

Чувствуя, что Илья готовит нелицеприятный ответ, я вмешался:

— По-моему, в науке не меньше поэзии, чем где-либо! Я не буду с тобой спорить, что важней: физика или лирика. Плох физик, которого не трогает поэзия, но, прости меня, Алексей, тебе следовало хотя бы немного заинтересоваться естественными науками. Так, для общего образования.

— А то уж ты слишком однобок! — взорвался Илья. — Витаешь в эмпиреях…

Майка прекратила спор. Она сказала, обратившись к Алеше:

— Если тебе не интересно, не слушай!

В таком положении Алексей всегда пасовал. И на сей раз он махнул рукой и обиженно уселся на нары.

— Свечку будем зажигать? — спросил Сергей.

— Будем, будем! — ответил Илья. — Кое-что придется изображать… Доска есть! — он подтянул кусок фанеры. — Грифель тоже есть! — отгреб горсть угольков. — Итак, если мне не изменяет память, мы остановились на искусственном получении элементов…

— Да! — подтвердила Наташа. — На трансурановых элементах…

— Нет, погоди! О них позже. Есть четыре очень своеобразных элемента в середине периодической системы. Прошу внимания!

К 1869 году, году открытия периодического закона, наука знала 63 химических элемента.

За пятьдесят с небольшим лет после этой даты было открыто еще двадцать пять. К концу 1925 года «здание» таблицы элементов почти заполнилось; в нем осталось лишь четыре незанятых «квартиры», жильцы которых никак не хотели получить ордер на въезд.

Это были элементы с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87.

Ученые разных стран предпринимали множество попыток обнаружить неизвестные элементы в природе. Но шли годы, объявленные открытия не подтверждались, и четыре клетки периодической таблицы продолжали пустовать.

Куда же делись неуловимые элементы? Цифры 43, 61, 85, 87 приобретали ореол таинственности.

Хорошо, рассуждали ученые, элементы № 85 и № 87 находятся в конце периодической системы. Самые тяжелые элементы неустойчивы. Примером тому сильная радиоактивность урана, протактиния, тория, радия, радона. Логично допустить, что № 85 и № 87 имели малые периоды полураспада и за время существования Земли успели нацело распасться, превратиться в соседние элементы периодической таблицы. С такими доводами легко можно было согласиться.

Ну, а как быть с № 43 и № 61? Они расположены в середине системы, весьма далеко от ее неустойчивого конца. Почему же их до сих пор не удалось обнаружить в природе? Теоретические объяснения здесь заходили в тупик.

— Позвольте, — говорили одни исследователи, — ведь нельзя забывать, что среди элементов середины периодической системы встречаются и радиоактивные. К ним относятся калий, рубидий, индий, лантан, самарий, лютеций, рений. Нельзя ли считать, что сорок третий и шестьдесят первый элементы когда-то существовали в природе, но, будучи сильно радиоактивными, давно исчезли с Земли?

— Ваши предположения несостоятельны! — возражали им другие. — У перечисленных элементов неустойчивыми являются лишь отдельные изотопы. Наряду с ними существует много стабильных изотопов. Обратите также внимание на их периоды полураспада: они настолько велики, что зачастую бывает трудно обнаружить сам факт естественной радиоактивности. В самом деле, у индия 115 он равен 6·10¹⁴ лет, а у калия 40 — 1,32·10⁹ лет.

Рассудить этот спор удалось физикам-теоретикам, когда были открыты так называемые изобары.

Слово «изотопы» в переводе с греческого означает «одинаковоместные», «занимающие одно место». Слово же «изобары» переводится как «одинаковотяжелые».

Короче говоря, изобарами называют два изотопа, имеющие одинаковое массовое число, но разные заряды ядер. Так, калий 40 и аргон 40 представляют пару изобаров. Теперь известно, что в природе их насчитывается много.

Используя это явление, физики-теоретики установили очень важную закономерность. Оказалось, что если два изотопа соседних элементов являются изобарами, изотоп элемента с нечетным зарядом ядра оказывается неустойчивым. Исключения очень редки. Так, в паре аргон 40 — калий 40 обладающий нечетным зарядом ядра изотоп калия радиоактивен.

Применим эту закономерность к элементам № 43 и № 61.

Из периодической системы видно, что № 43 расположен между молибденом и рутением. Эти элементы имеют четный заряд ядра и образуют много устойчивых изотопов с массовыми числами 94–102. Ясно, что ни один из изотопов элемента № 43, возможные массовые числа которых должны находиться в указанном интервале, не будет устойчивым. Также объясняется и отсутствие стабильных изотопов у элемента № 61, расположенного между неодимом (№ 60) и самарием (№ 62).